C/C++序列化/反序列化之Tuple

一、对象序列化通常用于两个目的：  

（1） 将对象存储于硬盘上  ，便于以后反序列化使用

（2）在网络上传送对象的字节序列

　　例如：有一个数据结构，里面存储的数据是经过很多其它数据通过非常复杂的算法生成的，由于数据量很大，算法又复杂，因此生成该数据结构所用数据的时间可能要很久 （也许几个小时，甚至几天），生成该数据结构后又要用作其它的计算，那么你在调试阶段，每次运行个程序，就光生成数据结构就要花上这么长的时间，无疑代价 是非常大的。如果你确定生成数据结构的算法不会变或不常变，那么就可以通过序列化技术生成数据结构数据存储到磁盘上，下次重新运行程序时只需要从磁盘上读 取该对象数据即可，所花费时间也就读一个文件的时间，可想而知是多么的快，节省了我们的开发时间。

二、C++对象序列化的四种方法

 1、Google Protocol Buffers（protobuf）

　　Google Protocol Buffers (GPB)是Google内部使用的数据编码方式，旨在用来代替XML进行数据交换。可用于数据序列化与反序列化。主要特性有：

• 高效
• 语言中立(Cpp, Java, Python)
• 可扩展

2、Boost.Serialization

　　Boost.Serialization可以创建或重建程序中的等效结构，并保存为二进制数据、文本数据、XML或者有用户自定义的其他文件。该库具有以下吸引人的特性：

• 代码可移植（实现仅依赖于ANSI C++）。
• 深度指针保存与恢复。
• 可以序列化STL容器和其他常用模版库。
• 数据可移植。
• 非入侵性。

3、 MFC Serialization

　　Windows平台下可使用MFC中的序列化方法。MFC 对 CObject 类中的序列化提供内置支持。因此，所有从 CObject 派生的类都可利用 CObject 的序列化协议。

4、Net Framework

　　.NET的运行时环境用来支持用户定义类型的流化的机制。它在此过程中，先将对象的公共字段和私有字段以及类的名称（包括类所在的程序集）转换为字节流，然后再把字节流写入数据流。在随后对对象进行反序列化时，将创建出与原对象完全相同的副本。

---->[比较]这几种序列化方案各有优缺点，各有自己的适用场景。其中MFC和.Net框架的方法适用范围很窄，只适用于Windows下，且.Net框架方法还需要.Net的运行环境。参考文献1从序列化时间、反序列化时间和产生数据文件大小这几个方面比较了前三种序列化方案，得出结论如下（仅供参考）：

• Google Protocol Buffers效率较高，但是数据对象必须预先定义，并使用protoc编译，适合要求效率，允许自定义类型的内部场合使用。
• Boost.Serialization 使用灵活简单，而且支持标准C++容器。
• 相比而言，MFC的效率较低，但是结合MSVS平台使用最为方便。

　　为了考虑平台的移植性、适用性和高效性，推荐大家使用Google的protobuf和Boost的序列化方案。

三、C++11中的tuple（元组）：

#include "Common.hpp"
#define META(...) auto Meta()->decltype(std::tie(__VA_ARGS__)){return std::tie(__VA_ARGS__);}
struct Person
{
   int age;
   std::string name;
   std::string city;
   META(age, name, city)
};
//宏替换后就是
struct Person
{
    int age;
    std::string name;
    std::string city;
    //准确的说是返回std::tuple<int&, std::string&, std::string&>
    std::tuple<int, std::string, std::string> Meta()
    {
        return std::tie(age, name, city);
    }
};    

　　tuple看似简单，其实它是简约而不简单，可以说它是c++11中一个既简单又复杂的东东，关于它简单的一面是它很容易使用，复杂的一面是它内部隐藏了太多细节，要揭开它神秘的面纱时又比较困难。

　　tuple是一个固定大小的不同类型值的集合，是泛化的std::pair。和c#中的tuple类似，但是比c#中的tuple强大得多。我们也可以把他当做一个通用的结构体来用，不需要创建结构体又获取结构体的特征，在某些情况下可以取代结构体使程序更简洁，直观。

1、基本用法

　　（1）构造一个tuple： tuple<const char*, int>tp = make_tuple(sendPack,nSendSize); //构造一个tuple

这个tuple等价于一个结构体 struct A { 　　char* p; 　　int len; };

　　用tuple<const char*, int>tp就可以不用创建这个结构体了，而作用是一样的，是不是更简洁直观了。还有一种方法也可以创建元组，用std::tie，它会创建一个元组的左值引用。

auto tp = return std::tie(1, "aa", 2);
//tp的类型实际是：
std::tuple<int&,string&, int&>

　　（2）再看看如何获取它的值：

const char* data = std::get<0>();  //获取第一个值
int len = std::get<1>(); 　　　　　　//获取第二个值

　　还有一种方法也可以获取元组的值，通过std::tie解包tuple

int x,y;
string a;
std::tie(x,a,y) = tp; 

　　通过tie解包后，tp中三个值会自动赋值给三个变量。解包时，我们如果只想解某个位置的值时，可以用std::ignore占位符来表示不解某个位置的值。比如我们只想解第三个值时：

std::tie(std::ignore, std::ignore, y) = tp; //只解第三个值了

　　还有一个创建右值的引用元组方法：forward_as_tuple。它实际上创建了一个类似于std::tuple<int&&, std::string&&>类型的tuple。

m.emplace(std::piecewise_construct,
std::forward_as_tuple(10),
std::forward_as_tuple(20, 'a'));

　　我们还可以通过tuple_cat连接多个tupe

int main()
{
    std::tuple<int, std::string, float> t1(10, "Test", 3.14);
    int n = 7;
    auto t2 = std::tuple_cat(t1, std::make_pair("Foo", "bar"), t1, std::tie(n));
    n = 10;
    print(t2);
}

输出结果：

(10, Test, 3.14, Foo, bar, 10, Test, 3.14, 10)

　　到这里tuple的用法介绍完了，是不是很简单，也很容易使用，相信你使用它之后就离不开它了。我前面说过tuple是简约而不简单。它有很多高级的用法。它和模板元关系密切,要介绍它的高级用法的时候，读者需要一定的模板元基础，如果你只是把它当一个泛型的pair去使用时，这部分可以不看，如果你想用它高级用法的时候就往下看。让我们要慢慢揭开tuple神秘的面纱。

2、tuple的高级用法

　　（1）获取tuple中某个位置元素的类型

　　通过std::tuple_element获取元素类型。

template<typename Tuple>
void Fun(Tuple& tp)
{
　　std::tuple_element<0,Tuple>::type first = std::get<0>(mytuple);
　　std::tuple_element<1,Tuple>::type second = std::get<1>(mytuple);
}

　　获取tuple中元素的个数：

　　tuple t;

　　int size = std::tuple_size<decltype(t))>::value;

　　（2）遍历tuple中的每个元素

　　因为tuple的参数是变长的，也没有for_each函数，如果我们想遍历tuple中的每个元素，需要自己写代码实现。比如我要打印tuple中的每个元素。

template<class Tuple, std::size_t N>
struct TuplePrinter {
    static void print(const Tuple& t)
    {
        TuplePrinter<Tuple, N - 1>::print(t);
        std::cout << ", " << std::get<N - 1>(t);
    }
};
template<class Tuple>
struct TuplePrinter<Tuple, 1>{
    static void print(const Tuple& t)
    {
        std::cout << std::get<0>(t);
    }
};
template<class... Args>
void PrintTuple(const std::tuple<Args...>& t)
{
    std::cout << "(";
    TuplePrinter<decltype(t), sizeof...(Args)>::print(t);
    std::cout << ")\n";
}

　　（3）根据tuple元素值获取其对应的索引位置

namespace detail
{
    template<int I, typename T, typename... Args>
    struct find_index
    {
        static int call(std::tuple<Args...> const& t, T&& val)
        {
            return (std::get<I - 1>(t) == val) ? I - 1 :
                find_index<I - 1, T, Args...>::call(t, std::forward<T>(val));
        }
    };

    template<typename T, typename... Args>
    struct find_index<0, T, Args...>
    {
        static int call(std::tuple<Args...> const& t, T&& val)
        {
            return (std::get<0>(t) == val) ? 0 : -1;
        }
    };
}

template<typename T, typename... Args>
int find_index(std::tuple<Args...> const& t, T&& val)
{
    return detail::find_index<0, sizeof...(Args) - 1, T, Args...>::
           call(t, std::forward<T>(val));
}

int main()
{
    std::tuple<int, int, int, int> a(2, 3, 1, 4);
    std::cout << find_index(a, 1) << std::endl; // Prints 2
    std::cout << find_index(a, 2) << std::endl; // Prints 0
    std::cout << find_index(a, 5) << std::endl; // Prints -1 (not found)
}

　　（4）展开tuple，并将tuple元素作为函数的参数。这样就可以根据需要对tuple元素进行处理了

#include <tuple>
#include <type_traits>
#include <utility>

template<size_t N>
struct Apply {
template<typename F, typename T, typename... A>
static inline auto apply(F && f, T && t, A &&... a)-> decltype(Apply<N-1>::apply(
::std::forward<F>(f), ::std::forward<T>(t),
::std::get<N-1>(::std::forward<T>(t)), 
::std::forward<A>(a)...
))
{
return Apply<N-1>::apply(::std::forward<F>(f), 
::std::forward<T>(t),
::std::get<N-1>(::std::forward<T>(t)), 
::std::forward<A>(a)...
);
}
};

template<>
struct Apply<0> {
template<typename F, typename T, typename... A>
static inline auto apply(F && f, T &&, A &&... a)
-> decltype(::std::forward<F>(f) 
(::std::forward<A>(a)...))
{
return ::std::forward<F>(f)(::std::forward<A> 
(a)...);
}
};

template<typename F, typename T>
inline auto apply(F && f, T && t)
-> decltype(Apply< ::std::tuple_size<
typename ::std::decay<T>::type
>::value>::apply(::std::forward<F>(f), 
::std::forward<T>(t)))
{
　　return Apply< ::std::tuple_size < typename ::std::decay<T>::type
>::value>::apply(::std::forward<F>(f), 
::std::forward<T>(t));
}

void one(int i, double d)
{
　　std::cout << "function one(" << i << ", " << d << ");\n";
}
int two(int i)
{
　　std::cout << "function two(" << i << ");\n";
　　return i;
}

//测试代码
int main()
{
std::tuple<int, double> tup(23, 4.5);
apply(one, tup);

int d = apply(two, std::make_tuple(2));

return 0;
}

　　看到这里，想必大家对tuple有了一个全面的认识了吧，怎么样，它是简约而不简单吧。对模板元不熟悉的童鞋可以不看tuple高级用法部分，不要为看不懂而捉急，没事的，高级部分一般用不到，知道基本用法就够用了。

tuple和vector比较：

　　vector只能容纳同一种类型的数据，tuple可以容纳任意类型的数据；

vector和variant比较：

　　二者都可以容纳不同类型的数据，但是variant的类型个数是固定的，而tuple的类型个数不是固定的，是变长的，更为强大。